Формовочные материалы, смеси и краски

П л а н л е к ц и и

1. Краткая характеристика исходных формовочных материалов.

2. Классификация, составы и свойства формовочных и стержневых смесей.

3. Виды красок и области их применения.

4. Оборудование для подготовки исходных формовочных материалов и для приготовления формовочных и стержневых смесей.

Краткая характеристика исходных формовочных материалов

К формовочным материалам относятся все материалы, используемые для изготовления разовых форм и стержней.

Исходные формовочные материалы делят на две группы:

1) основные:

огнеупорный наполнитель (кварцевый песок, циркон, магнезит и др.); связующие материалы, обеспечивающие прочность связи частиц на-

полнителя (глина, жидкое стекло, лигносульфонат технический, смолы и др.);

2) вспомогательные материалы – различные добавки (торф, опилки,

уголь и др.), придающие смесям определенные свойства (газопроницаемость,

податливость, непригораемость и т.д.).

Наполнители. К наполнителям относятся кварцевый песок, электро- корунд, шамот и другие материалы.

Кварцевые пески. В качестве огнеупорной основы формовочных и стержневых смесей наибольшее распространение получил кварцевый песок из-за высокой огнеупорности, прочности и твердости, дешевизны.

Основу песков составляет кремнезем SiO2, имеющий температуру плавления 1 713 °С, твердость (по шкале Мооса) 7, плотность 2,5–2,8 г/см3. Наряду с кремнеземом в формовочных песках присутствуют вредные приме-

си (полевой шпат, слюда, окислы алюминия, железа и другие соединения), ухудшающие свойства песка.

В соответствии с ГОСТ 2138-91 формовочные пески в зависимости от

массовой доли глинистой составляющей (обломков зерен кварца и других минералов размером менее 0,02 мм) подразделяют на кварцевые, тощие и жирные. Кварцевые пески содержат до 2 % глинистой составляющей, тощие пески – от 4 до 12 %, жирные пески – от 12 до 50 %.

Кварцевые пески используют для изготовления форм и стержней при получении отливок из стали и чугуна, тощие и жирные – для изготовления форм при производстве отливок из цветных сплавов и мелких чугунных от-

ливок. Тощие пески можно применять для приготовления формовочных сме-

Л е к ц и я 3 Формовочные материалы, смеси и краски

сей при производстве чугунных и стальных отливок с использованием про- тивопригарных покрытий.

Электрокорунд. Безводный оксид алюминия существует в нескольких модификациях. Плотность корунда составляет от 3,98 до 4,01 г/см3в зависи- мости от наличия примесей. Температура плавления 2 050 °С. Твердость 9 по шкале Мооса. Электрокорунд широко применяют при литье титановых спла- вов по выплавляемым моделям.

Циркон (силикат циркония) состоит из ZrО2(63 %) и SiО2 (32 %). Это природный минерал плотностью 4,6 г/см3. Температура плавления 2 600 °С. Твердость по шкале Мооса 7,5. Циркон используют в качестве наполнителя

облицовочных смесей и противопригарных красок при изготовлении отливок из стали и чугуна.

Дистенсиллиманит состоит из природных алюмосиликатных мате- риалов – Al2О3(57 %) и SiО2(39 %). Плотность 3,5 г/см3. Огнеупорность 1 830

°С. Его применяют главным образом при литье по выплавляемым моделям, а

также в качестве наполнителя облицовочных смесей и противопригарных красок при изготовлении особо сложных стальных отливок при литье в пес-

чаные формы.

Промышленные огнеупорные отходы. Наиболее широко используют отработанную смесь – собственные отходы литейных цехов, которые могут

использоваться повторно (песчано-глинистые смеси).

У отработанной песчано-глинистой смеси восстанавливают частично свойства следующими последовательными операциями: раздавливанием

комков, магнитной сепарацией, аэрацией. После подготовки ее используют как основной огнеупорный материал с небольшими добавками свежих мате- риалов (5–10 %) в единых смесях. Качество отработанной смеси зависит от

свойств исходных компонентов.

Смеси на выгорающих связующих (масле, декстрине и пр.) также мо- гут использоваться повторно. Жидкостекольные и смоляные смеси повторно

использовать нельзя, так как они представляют собой твердоспеченные куски различных размеров.

Связующие материалы должны обладать следующими свойствами:

равномерно распределяться по поверхности формовочных материалов в течение определенного времени, что обеспечивает постоянство свойств смесей и красок;

придавать высокие свойства формовочным и стержневым смесям; не быть газотворными при сушке и заливке;

не снижать огнеупорность формовочного материала и не увеличивать его пригораемость;

быть дешевым, недефицитным и безвреденым для окружающих. Связующие материалы делятся на неорганические и органические.

Неорганические связующие хорошо выдерживают воздействие высоких тем- ператур, но имеют низкую податливость и выбиваемость. Органические свя-

Л е к ц и я 3 Формовочные материалы, смеси и краски

зующие при высоких температурах сравнительно легко разлагаются и обес- печивают хорошую податливость и выбиваемость.

Из неорганических связующих материалов наибольшее распростране- ние получили формовочные глины, этилсиликат, жидкое стекло.

Формовочные огнеупорные глины представляют собой горные породы, которые состоят из тонкодисперсных частиц водных алюмосиликатов, обла- дающих высокой связующей способностью и термохимической устойчиво- стью, а также пластичностью после увлажнения.

По содержанию глинистых минералов формовочные глины делят на

три вида:

Вид глины	Обозначения вида	Основной породообразующий минерал
Бентонитовая   Каолиновая и каолино- гидрослюдистая   Полиминеральная	Б   К П	Монтмориллонит   Каолинит и каолинит с гидрослюдой Любой глинистый минерал

Кроме указанных выше минералов глины содержат ряд примесей (кварц, полевые шпаты, слюды, карбонат, гипс, окислы и сульфиды железа), ухудшающие качество глин.

В соответствии с ГОСТ 3226-93 «Глины формовочные огнеупорные» глины классифицируют в зависимости от их химических и физических пока- зателей.

Этилсиликат является основой для приготовления связующего при литье по выплавляемым моделям. Он представляет собой смесь этиловых эфиров ортокремниевой кислоты. Это прозрачная жидкость с температурой кипения 165 °С, плотностью 0,98–1,05 г/см3. Этилсиликат состоит из эфиров разной молекулярной массы. Для придания этилсиликату свойств связующе- го его подвергают гидролизу.

В России производят этилсиликат двух марок – ЭТС-32 и ЭТС-40. Число, указанное в марке, соответствует среднему условному содержанию диоксида кремния (в процентах по массе).

Жидкое стекло (ГОСТ 13078-81) является водным раствором силика-

та натрия. Его получают сплавлением кварцевого песка и соды при темпера- туре 1 400–1 500 °С с последующим растворением в воде до плотности 1,36–1,50 г/см3, осуществляемым в автоклавах.

Связующая способность жидкого стекла определяется его модулем, который равен М = (SiO2 / Na2O)·1,032, где SiO2– массовая доля диоксида кремния; Na2O – массовая доля оксида натрия; 1,032 – соотношение моляр- ных масс оксида натрия и диоксида кремния.

В зависимости от значения модуля различают три марки жидкого стекла: А, Б и В. Наибольшее распространение получило жидкое стекло мар-

Л е к ц и я 3 Формовочные материалы, смеси и краски

ки В с модулем 2,61–3,0, в котором массовая доля SiО2 составляет 31–33 %, Na2О – 10–12 %. Чем выше модуль жидкого стекла, тем выше прочность и ниже живучесть смеси.

Упрочнение форм осуществляется тремя способами: воздушной сушкой в течение 2–8 ч;

тепловой сушкой при температуре 220–250 °С в течение 30–60 мин;

химической сушкой (продувкой углекислым газом, введением ферро- хромового шлака, эфиров угольной кислоты).

Металлофосфатные связующие используют для изготовления кера- мических оболочек при литье по выплавляемым моделям, противопригарных

покрытий и как водное связующее для стержней, отверждаемых тепловой сушкой. Наибольшее применение нашло алюмохромофосфатное связующее

– кислый фосфорнокислый хром-алюминий. Связующее представляет собой

вязкий раствор темно-зеленого цвета.

Кремнийорганические связующие широко применяются в производст- ве точных отливок по выплавляемым моделям. Лучшим из них является

этилсиликат. Для противопригарных покрытий используют термостойкие кремний кремнийорганические лаки (КО-928, КО-921 и др.) и кремнийорга- нические смолы (КО-9, КО-917).

Кристаллогидратные связующие – это водорастворимые кристалло- гидратные соли, сульфат магния, гипс и цемент.

Стандарты на формовочные материалы. Качество отливок в значи- тельной степени зависит от свойств формовочных материалов, поэтому не-

обходим их тщательный контроль. Контроль качества формовочных мате- риалов осуществляется в цеховой или заводской лаборатории по стандартным методикам. Стандарты (ГОСТ 23409.0-78 – ГОСТ 23409.26-78) на методы ис-

пытаний формовочных песков, формовочных и стержневых смесей включают 26 видов контроля: содержания примесей (оксидов кальция, магния, железа, титана, алюминия), влаги, прочности смесей при комнатной и высоких тем-

пературах, газопроницаемости, осыпаемости, гигроскопичности, текучести при динамическом и статическом уплотнениях, газотворности.

Вспомогательные материалы. К вспомогательным материалам от-

носятся:

противопригарные материалы (например, пылевидный и гранулиро- ванный уголь, графит и др.);

разделительные материалы (тальк, графит и др.); материалы, увеличивающие податливость стержней и форм;

материалы, снижающие прилипаемость смеси к стенкам стержневого ящика или модели;

материалы, улучшающие технологические свойства смесей (проч-

ность, текучесть, теплопроводность и др.); специальные экзотермические добавки;

Л е к ц и я 3 Формовочные материалы, смеси и краски

отвердители (шлак феррохромовый, шлам нефелиновый, газ углекис- лый и др.) – вещества, благодаря взаимодействию которых со связующим происходит быстрое отверждение смесей без тепловой сушки;

катализаторы – вещества (например, ортофосфорная кислота), кото- рые способствуют ускорению химических реакций только вследствие своего присутствия, сами же не претерпевают изменений;

пенообразователи – используются в наливных самотвердеющих сме- сях (например, контакт черный нейтрализованный рафинированный).

Классификация, составы и свойства формовочных и стержневых смесей

Классификацию формовочных смесей осуществляют по нескольким

признакам.

По роду заливаемого металла выделяют смеси для получения отливок из сталей, чугуна и цветных сплавов.

По назначению смеси могут быть формовочными и стержневыми.

Стержневые смеси отличаются от формовочных газопроницаемостью, проч- ностью и другими свойствами, так как стержни, установленные в литейной форме, подвергаются более сильному тепловому и динамическому воздейст- вию металла, чем форма.

По характеру использования формовочные смеси делят на единые, облицовочные, наполнительные.

Облицовочную смесь, оформляющую рабочую поверхность формы

толщиной 15–30 мм и непосредственно контактирующую с расплавом, тща- тельно готовят из свежих высококачественных исходных материалов. Ос- тальной объем опоки заполняют наполнительной смесью, состоящей в ос- новном из оборотной смеси с небольшими добавками свежих исходных ма- териалов. Наполнительная смесь значительно дешевле и проще в приготов- лении, чем облицовочная. К ней предъявляются требования только по газо- проницаемости и прочности, которые должны быть не ниже, чем у облицо- вочной смеси.

Использование облицовочных и наполнительных смесей рационально

в условиях мелкосерийного и единичного производства при изготовлении средних и крупных отливок. Условия машинной формовки в серийном и мас- совом производстве определяют необходимость использования единых фор- мовочных смесей, которые изготовляют из наиболее стабильных по составу и свойствам формовочных песков и прочносвязующих глин.

По состоянию формы перед заливкой выделяют смеси для форм, за- ливаемых во влажном и в сухом состояниях.

Составы и свойства формовочных и стержневых смесей. В литей- ном производстве применяются самые разнообразные по составу и свойст- вам, смеси, которые используют в зависимости от требований к отливке и возможностей производства. При выборе состава смеси для формы и стержня

Л е к ц и я 3 Формовочные материалы, смеси и краски

учитывают следующие факторы: смеси должны обеспечить требуемое каче- ство отливки, быть дешевыми, недефицитными, безвредными.

Наиболее дешевыми являются естественные песчано-глинистые смеси (ПГС). Песчано-глинистые искусственные смеси на обогащенных песках, вы- сокосортных бентонитах, со специальными добавками уже на порядок до- роже естественных и выше качеством. Но и их применение ограничивается массой, сложностью отливок. Поэтому кроме ПГС используют жидкосте- кольные, смоляные, сульфитные, масляные, фосфатные и другие смеси. Та- кие смеси применяют в основном в качестве стержневых, облицовочных; ре- же в качестве единых и никогда – наполнительных.

Смоляные смеси имеют самые высокие технологические свойства, но они дорогие и токсичные. Жидкостекольные смеси обладают меньшей по- датливостью и худшей выбиваемостью, чем смоляные, но они дешевле и без- вреднее. В настоящее время им отдают предпочтение, так как появились но- вые процессы формообразования, позволяющие улучшить их свойства.

Сульфитные смеси (на основе лигносульфонатов) являются дешевы- ми, безвредными и для изготовления легких, не очень сложных отливок мо- гут полноценно заменить смоляные смеси (горячетвердеющие смеси – ГТС, пластичные самотвердеющие смеси – ПСС). Фосфатные смеси уступают по свойствам смоляным смесям, но во многих случаях заменяют их.

Виды красок и области их применения

Противопригарные покрытия увеличивают поверхностную прочность, уменьшают осыпаемость и термохимическую стойкость форм и стержней, обеспечивая получение чистых отливок.

Покрытия бывают водными, самовысыхающими и самотвердеющими. Водные покрытия применяют обычно для форм и стержней, подвер- гаемых сушке. Эти покрытия приготовляют из паст, которые поставляются

централизованно.

Применение самовысыхающих и самотвердеющих покрытий позво- ляет исключить сушку формы и или стержня. Их используют для форм и стержней из самотвердеющих смесей.

Если жидкое покрытие не обеспечивает достаточной чистоты отлив- ки, то для натирки или облицовки стержней применяют пасты, которые на- носятся вручную и поэтому используются достаточно редко, в основном при изготовлении крупных стальных отливок.

Л е к ц и я 3 Формовочные материалы, смеси и краски

Оборудование для подготовки исходных формовочных материалов и для приготовления формовочных

Дата добавления: 2014-11-25